內河水系舊橋梁的缺陷診治與加固

朱 郁 尹 良

1. 蘇州建設工程質量安全監督站 江蘇 蘇州 215002；2. 蘇州中固建筑科技股份有限公司 江蘇 蘇州 215152

1 工程概況

某橋梁位于江蘇省蘇州市吳中區西塘北巷，為兩地居民來往通行的主要通道，上部結構為簡支空心板橋，跨徑組合為5×8 m＋2×11 m＋13 m＋2×11 m＋4×8 m=129 m，橋面寬度為5 m＋2×0.6 m=6.2 m。上部結構由6片空心板組成，空心板寬度1.0 m，高度0.6 m，橋面為混凝土橋面鋪裝，厚度5.0 cm，采用雙柱式橋墩（圖1、圖2）。現場荷載試驗結果表明，橋梁結構等級評定為四類橋，結構承載力不滿足現行荷載通行要求，嚴重影響了通行安全，加固修繕勢在必行。

圖1 橋梁下部結構

圖2 橋面狀況

2 加固修繕方案的確定

根據本工程中橋梁病害的特點，對應采用的加固方法匯總如表1所示[1-4]。

對加固修繕方案的比較和理解：

表1 湖中橋加固方案匯總

1）方案1：梁底粘貼鋼板以提高結構抗彎承載力。跨河道蓋梁增設支座，梁底部縱向粘貼鋼板，鋼板厚8 mm，每片空心板梁下共布置寬70 cm鋼板（20 cm＋30 cm＋20 cm），鋼板和空心板共同受力，大大提高了結構的抗彎承載力，且施工完畢后對河道無影響，造價較低。該方案的主要缺點為：錨固鋼板對原結構的材料強度有一定要求，鋼板受力有一定的滯后；需要在橋下搭設施工平臺。此方案為推薦方案。

2）方案2：梁底鋼絲繩＋聚合物砂漿。加固后高強鋼絲繩及保護砂漿和原結構形成一個新復合體，從而改變了梁板結構的受壓區混凝土高度，提高了橋梁結構的抗彎承載能力。該方案的主要缺點為：加固結構受力滯后，邊跨加固施工困難，工期長，需要在橋下搭設施工平臺；聚合物砂漿和鋼絲繩施工工序復雜，張拉施工繁瑣，造價較高。此方案為比較方案。

3）方案3：橋面枕木＋工字鋼分配梁疊合梁加固法。該方案為一種臨時加固法，施工結束后，工字鋼和枕木可拆除。枕木橫橋向布置，間距4 m（臨時支座），工字鋼位于枕木上方，縱橋向布置，工字鋼頂部鋪設厚1 cm鋼板（圖3）。該方案本質是一種“橋上橋”加固方案，橋面設置枕木作為支座，工字鋼作為分配梁，有效地減小原橋荷載，對下部結構無影響，可對全橋橋面進行加固，加固結構為主動加固，橋面結構荷載傳遞到原橋。該方案的主要缺點為：不是永久加固，后期橋面臨時結構需要拆除；橋面整體設置分配梁，造價較高。

圖3 “橋上橋”加固示意

3 加固修繕的技術難點與要點

3.1 “壁可法”修補裂縫

對裂縫寬度大于0.2 mm且不貫通的裂縫和貫通不滲水裂縫進行灌漿補強，采用“壁可法”進行化學灌漿補強處理，通過裂縫的修補處理，增加結構的耐久性。在施工中能始終保證恒定的壓力為30 N/cm2，保證裂縫膠體能滲透到裂縫末端。

3.2 空心板粘貼鋼板加固

梁底部縱向粘貼厚8 mm鋼板，鋼板與空心板共同受力，提高結構的抗彎承載力（圖4）。

圖4 空心板梁底粘貼鋼板橫斷面

為了減小對同一斷面結構鉆孔的二次損傷，將梁底化學錨栓的間距布置為梅花形。

3.3 通車條件下PLC同步頂升增設支座

PLC同步頂升技術原理：根據設計計算機PLC信號處理與液壓系統，輸入外部監控設施的位移信號，輸出液壓系統油量控制信息，利用終端的多組超薄油缸來達到平順、安全與高效的頂升目的。

3.3.1 頂升施工托盤體系設計

橋梁頂升施工托盤體系有鋼支撐、鋼抱箍、鋼牛腿、新增小蓋梁結構、直接采用蓋梁支撐等方案。考慮到橋梁原先無支座，蓋梁頂部無安裝千斤頂的空間，采用鋼支撐方案時需要在河道打樁圍堰施工，且技術難度高、成本大。綜合比較后，最終采用鋼牛腿作為頂升反力平臺。由于蓋梁表面有15 cm的異形截面，設計鋼牛腿不具備足夠的錨固空間，因此決定采用鋼牛腿、分配梁作為支撐，同時考慮到原結構蓋梁的老化、混凝土強度不足和頂升期間未完全封閉交通的情況，又增設3道豎向支撐作用在系梁上，豎向支撐采用工字鋼HW 200 mm×200 mm，借助系梁的承載力，分配梁和鋼牛腿具有了足夠的安全儲備，可以保證橋面通車時在動荷載作用下鋼牛腿和化學錨栓的安全（圖5、圖6）。

圖5 頂升系統總體布置

圖6 頂升系統剖面布置

3.3.2 PLC同步頂升增設支座施工

原橋設計年代久遠，未設置減隔震支座，在車輛長期的沖擊荷載下，加劇了結構的破壞，經現場鑒定，對結構擬增設橡膠支座，增設支座有利于減小蓋梁對結構的沖擊，減小局部承壓。施工前對結構采用PLC同步頂升法頂升施工，支座型號為矩形橡膠支座，截面尺寸為250 mm×250 mm×30 mm。

主要施工工藝流程：施工準備→頂升托盤體系施工→限位裝置施工→同步頂升前施工準備→分級同步頂升施工→梁體受力托換→支座更換→落梁施工。

3.4 借助系梁和浮箱支撐的施工平臺設計

現場施工時，受內河環境的限制，橋下無可用的船只設備，工程師提出了一種自制簡易浮筒船的施工方案。事先在岸側將浮筒采用腳手架夾具固定，放置水中作為臨時平臺，然后讓施工人員在浮箱船上部開展水中腳手架的施工。水上施工平臺全部采用不入河床的懸挑結構，腳手架置于系梁上方，在跨中位置設置浮箱以減小跨徑，解決了水上腳手架施工的難題。

4 加固效果驗算

根據檢測報告的相關結論，計算采用MIDAS Civil空間有限元軟件RC設計模塊功能，設計驗算荷載結構自重和人群荷載，將鋼板等效為截面抗彎鋼筋進行加固后承載力計算，同時考慮加固材料自重對結構的影響。通過加固前后橋梁結構狀況的對比分析，證明了采取加固方案后，橋梁的抗彎承載力得到了有效提高（圖7、圖8）。

圖7 加固前彎矩包絡圖（抗彎承載力不足）

圖8 加固后彎矩包絡圖（抗彎承載力提高）

5 結語

1）蘇州部分內河水系往往不適合采用大型的運輸及吊裝設備，給橋梁加固施工帶來了巨大的困難。針對水上施工平臺，提出了借助系梁和自制浮筒共同支撐的解決方案，水上施工平臺全部采用不入河床的懸挑結構，將腳手架置于系梁上方，跨中位置設置浮箱以減小跨徑，解決了水上腳手架施工的難題。

2）在不封交的情況下，為減小動荷載影響，考慮到原結構蓋梁的老化和混凝土強度不足，在PLC更換支座期間，提出了借助系梁支撐分配梁和鋼牛腿共同作用的解決方案。借助系梁承載力，分配梁和鋼牛腿具有了足夠的安全儲備，可以保證動荷載作用下鋼牛腿和化學錨栓的安全。

3）蘇州內河水系橋梁加固需要綜合考慮經濟、環保、施工技術的可行性等多重因素[5-10]，本文介紹的加固方案對河道幾乎無污染，施工加固效果明顯，且成本低，可為同類工程提供參考。